Implementacin de un Predictor de nuevasProtenas Angiognicas basado en redes de

interaccin entre protenas.

Estudiante: Pedro Antonio Pinazo Pinazo

MSTER EN BIOINFORMTICA Y BIOLOGA COMPUTACIONAL ESCUELA NACIONAL DE SALUD- INSTITUTO DE SALUD CARLOS III

2013-2014

Departamento de Biologa Molecular y Bioqumica de la Univ. De Mlaga

DIRECTOR: Dr. Juan Antonio Garca Ranea

CODIRECTOR: Dr. Florencio Pazos

FECHA: 3 de Febrero del 2015.

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ndice

1. Objetivos............................................................................ Pgina 3.

2. Introduccin........................................................................ Pgina 4.

3. Materiales y Mtodos......................................................... Pgina 9.

4. Resultados y Discusin.................................................... Pgina 24.

5. Conclusiones.................................................................... Pgina 31.

6. Bibliografa........................................................................ Pgina 32.

7. Agradecimientos............................................................... Pgina 34.

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Objetivos

1) Actualizacin y curacin de la lista de protenas angiognicas publicada en el trabajo previo de Montaez el al., 2011 [1].

2) Mapeo de la nueva lista de protenas implicadas en angiognesis en redes de interaccin protena-protena.

3) Clculo de la distancia entre pares de protenas en la red de interacciones basndose en la mtrica de la funcin kernel denominada Commute Time (CT).

4) Implementacin del mtodo de prediccin de nuevas dianas angiognicas mediante la priorizacin del resto de las protenas en el proteoma humano en funcin de su distancia en red al grupo actualizado de protenas angiognicas.

5) Validacin, comparacin y mejora del rendimiento de distintos predictores basados en la identificacin de mdulos funcionales ms especficos dentro delgrupo general de protenas angiognicas caracterizadas en este trabajo.

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IntroduccinEl trmino Angiognesis designa el proceso biolgico de formacin de nuevos vasossanguneos a partir del lecho vascular preexistente[2]. Etimolgicamente, la palabraAngiognesis proviene del Griego angei(o)- "vaso", "vaso sanguneo","conducto" y gnesis - "generacin".

Como consecuencia de este proceso fundamental, los vasos son capaces deacomodar su crecimiento al del organismo, aportar sangre a tejidos que quedanocasionalmente desprovistos de aporte sanguneo, y adaptarse a las necesidades deoxgeno y nutrientes del entorno fisiolgico.

Las clulas endoteliales son aquellas clulas que van a tapizar la cara interna de todoslos vasos sanguneos en forma de monocapa, y por formar parte de todas lasestructuras capilares responsables del abastecimiento de nutrientes hasta todos lospuntos del organismo, van a ser extraordinariamente sensibles a los cambios de lasnecesidades nutricionales de los tejidos que la irrigan. Cambios que se van a manifestar en forma de seales qumicas procedentes de lasclulas de dichos tejidos.

Por tanto, aunque la angiognesis se encuentra normalmente suprimida, en diversosprocesos fisiolgicos ha de producirse necesariamente para satisfacer las necesidadesde nutricin y excrecin de tejidos que se estn desarrollando activamente, tantodurante el desarrollo embrionario como en el individuo adulto.En este ltimo caso, la angiognesis queda reducida bsicamente a determinadosprocesos relacionados con los ciclos reproductivos, y a la cicatrizacin de heridas yreparacin de fracturas seas. En todos estos casos, la angiognesis tiene lugar como un proceso finamenteregulado y transitorio, de forma que cuando desaparece el estimulo original, el procesose detiene y eventualmente se produce la desaparicin de los vasos sanguneos.

Sin embargo, una angiognesis mantenida y persistente es caracterstica deenfermedades como la diabetes, psoriasis, o artritis reumatoide, y fundamental para elcrecimiento tumoral y metstasis[2,3]. Esto quiere decir, como seal Judah Folkmanen los aos 70 [4,5], que una estrategia potencial para luchar contra el cncer puedeser la de inhibir la angiognesis, evitando de esta forma el crecimiento y ladiseminacin del tumor. De hecho en la actualidad son varios los frmacos que estnsiendo utilizados con este fin.

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Dada la importancia clnica de la angiognesis, es evidente que el conocimiento de losmecanismos que la regulan resulta del mayor inters. De hecho, el nmero depublicaciones cientficas en este campo se ha disparado en los ltimos aos.

Los artculos localizados con la palabra clave angiogenesis en PUBMED sumabanslo 39 en 1980 y 200 en 1990, para alcanzar la cifra de casi 4000 en 2014. Laangiognesis constituye por tanto un centro de atencin de primer orden para laBiomedicina actual.

Como es de esperar, dada su importancia fisiolgica, la angiognesis es un procesofinamente regulado por un equilibro entre seales y factores promotores e inhibidores.La angiognesis fisiolgica suele iniciarse debido a la hipoxia del tejido.

En las clulas hipxicas se produce una estabilizacin de la protena HIF1alfa (factorinducible por hipoxia) que en condiciones normales es degradada rpidamente.HIF1alfa se asocia con otros cofactores actuando como un complejo que activa latranscripcin de mltiples genes, entre ellos el que codifica el factor de crecimiento deendotelio vascular (VEGF).

Este factor angiognico promueve la activacin del endotelio de los vasos cercanos.De forma sucesiva las clulas endoteliales activadas degradan la lmina basal y lamatriz extracelular subyacente, proliferan y migran en direccin al estmuloangiognico.

Posteriormente las clulas endoteliales se reorganizan en tbulos, reconstituyen lalmina basal, reclutan clulas perivasculares y forman nuevos vasos que restablecenel suministro de oxgeno.

Todas estas etapas de la angiognesis estn controladas por un gran nmero demolculas, de las cuales conocemos en la actualidad una buena parte, aunque sonmuchos los aspectos que quedan por investigar.

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Figura 1 . Etapas del proceso angiognico

Hay diferentes estrategias para la intervencin teraputica de la angiognesis,basadas en la modulacin de los diferentes pasos del proceso. Dado el relevantepapel que juega el VEGF en el control de la angiognesis, buena parte de las terapiasantiangiognicas de mayor xito en la clnica tienen como diana la inhibicin de dichofactor, de sus receptores o de sus vas de sealizacin intracelular.

Pero no hay que olvidar que los otros factores implicados en el control de laangiognesis, como factor de crecimiento de placenta, factor de crecimiento derivadode plaquetas, angiopoyetina/Tie, factores de crecimiento de fibroblastos y Notch,pueden aportar dianas farmacolgicas alternativas para el desarrollo de inhibidores dela angiognesis que potencien la actividad y extiendan el beneficio clnico de lasterapias anti-VEFG.

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Figura 2. Vas de sealizacin en angiognesis

La evidencia de que las terapias antiangiognicas extienden la supervivencia de lospacientes de cnceres avanzados ha impulsado el inters en el desarrollo clnico denuevos inhibidores de la angiognesis. Hoy en da, el desarrollo clnico de las terapiasantiangiognicas es imparable, no slo en oncologa, sino tambin en oftalmologa,dermatologa, etc. para el tratamiento de un nmero creciente de otras enfermedadesdependientes de angiognesis.

Y en ese camino para el tratamiento efectivo de esas enfermedades se incluyen lasnuevas tecnologas que en los ltimos aos se han desarrollado en el campo de labiologa molecular, que han hecho aumentar significativamente la comprensin de lagran complejidad con la que funcionan los seres vivos, en concreto el funcionamientode su metabolismo. Metabolismo gestionado por protenas, cuestin clave en dichoentendimiento, a pesar de que actualmente se conoce slo alrededor de un diez porciento de todas las interacciones entre protenas en humanos[6,7].

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Todos estos datos pueden aportar informacin muy til ya no solo para la comprensinen el funcionamiento de todos los seres vivos, sino para la obtencin de nuevosfrmacos o terapias efectivas en todo tipo de enfermedades.

Dada la importancia de las interacciones entre protenas a la hora de explicar losprocesos celulares, el esclarecimiento de las redes de interaccin se convierte en unaprioridad, sobre todo para procesos como la angiognesis, implicada en multitud deenfermedades.

Este trabajo va a describir un mtodo computacional para predecir nuevas protenasimplicadas en el proceso angiognico a partir de una lista de protenas actualizadamediante un trabajo de depuracin manual en la literatura disponible y a partir de lasbases de datos biolgicas.

El mtodo computacional predictor que se utilizar a continuacin se basa en mtricakernel para la medicin de distancias de nodos en redes de asociacin [8]. Lopodramos definir como una funcin que da como resultado el producto escalar entredos vectores en un espacio multidimensional (denominado espacio de caractersticas).Un kernel va a contener el anlisis para todos los pares de datos (en este casoprotenasde una red de interaccin) bajo su estudio [8].

Como resultado del clculo del kernel se obtendrn las distancias entre los pares deprotenas en la red. Tambin ser el kernel el que nos permitir estimar las protenasms cercanas a las que ya conocemos y que forman parte del proceso a